JP3883004B2 - Patterned thin film forming method and microdevice manufacturing method - Google Patents

Patterned thin film forming method and microdevice manufacturing method Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン化薄膜を形成するパターン化薄膜形成方法およびマイクロデバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パターン化された薄膜（以下パターン化薄膜と称する）を有するマイクロデバイスにおいて、パターン化薄膜は、パターン化されたレジストマスクを用いて形成される。本発明において、マイクロデバイスとは、薄膜形成技術を利用して製造される小型のデバイスを言う。本発明にいうマイクロデバイスには、半導体デバイスや、薄膜磁気ヘッドや、薄膜を用いたセンサやアクチュエータ等が含まれる。
【０００３】
パターン化されたレジストマスクを用いて、パターン化薄膜を形成するには、例えば特許文献１に示されるように、ドライエッチング法（特許文献１では、ミリングパタニング法と表記されている）、リフトオフ法、およびこれらを併用した方法（以下併用法と称する）等が適用される。
【０００４】
ところで、半導体デバイス、薄膜磁気ヘッド、薄膜を用いたセンサ、または、アクチュエータ等のマイクロデバイスでは、その微小化及び高機能化等とともに、パターン化薄膜の微細化がより一層強く要求されるようになってきている。このような技術的動向及び要請に応えるためには、それに応じて、レジストマスクの幅及び厚みを縮小しなければならない。
【０００５】
しかし、レジストマスクの幅及び厚みが小さくなってくると、リフトオフ法によるパターン化薄膜形成技術を適用した場合、レジストマスクを除去する溶剤等を、レジストマスクの周りに十分に浸透させることが困難になる。このため、レジストマスクの除去工程において、本来、除去されるべき部分が、除去されずに、いわゆる「バリ」として残ってしまう。
【０００６】
ドライエッチング法によるパターン化薄膜形成技術を適用した場合には、ドライエッチングによってレジストマスクの側面等に再付着した被ドライエッチング成分が、被ドライエッチング膜にも結合し、レジストマスクを溶剤によって除去しても、除去されずに、やはり「バリ」として残ってしまう。リフトオフ法とドライエッチング法とを併用した場合にも、同様の「バリ」を発生する。
【０００７】
上述のようにして発生した「バリ」が最終的に除去できないという事態に陥れば、最終製品の品質を保証することができず、信頼性を損なうとともに、歩留を著しく低下させてしまう。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−９６９０９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、いわゆる「バリ」等を生じることなく、レジストマスクを確実に除去し得るパターン化薄膜形成方法およびマイクロデバイスの製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明では、基層上にパターン化薄膜を形成するにあたり、前記基層上に、レジストマスクを用いてパターン化薄膜を形成し、次に、光架橋剤を含有する有機樹脂を塗布して、前記レジストマスク及び前記パターン化薄膜を覆う有機樹脂層を形成し、次に、前記有機樹脂層を架橋させ、その後に、前記有機樹脂層及び前記レジストマスクを除去する工程を含む。
【００１１】
光架橋剤を含有する有機樹脂層を架橋させるに当たっては、例えば、ネガタイプのものでは、全面を露光すればよい。
【００１２】
上述したように、本発明では、基層上に、レジストマスクを用いてパターン化薄膜を形成するので、パターン化薄膜形成工程において、ドライエッチング法を用いた場合、被パターニング膜から飛散した被ドライエッチング成分がレジストマスクの側面などに再付着する。このようにして再付着した被ドライエッチング成分は、被ドライエッチング膜にも結合し、レジストマスクを溶剤によって除去しても、除去されずに、「バリ」として残ってしまうことは、既に述べたとおりである。リフトオフ法とドライエッチング法とを併用した場合にも、同様の「バリ」を発生することも、既に述べたとおりである。
【００１３】
本発明では、この再付着膜による「バリ」の問題を解決する手段として、光架橋剤を含有する有機樹脂層を塗布して、レジストマスク及びパターン化薄膜を覆い、次に、有機樹脂層を架橋させる。ドライエッチング法を適用した場合は、この工程により、架橋した有機樹脂層が、レジストマスクと、その周囲に付着した再付着膜を捕捉する。リフトオフ法を適用した場合は、架橋した有機樹脂層が、レジストマスクと、その周囲に付着した被パターニング膜を捕捉する。
【００１４】
上述のようにして、レジストマスク、再付着膜、または、被パターニング膜を、架橋した有機樹脂層によって捕捉した後、有機樹脂層及びレジストマスクを除去する。この除去工程は、具体的には、全体を有機溶剤中に浸漬して揺動させて、有機樹脂層を、レジストマスクと共に溶解させる手法、または、超音波を照射する手法等によって実行することができる。
【００１５】
このようにして、有機樹脂層及びレジストマスクを除去することにより、いわゆる「バリ」を生じることなく、レジストマスクを除去することができる。
【００１６】
レジストマスクは、アンダーカットのない単層レジストマスクであっても、アンダーカットの入った構造のものであってもよい。アンダーカットの入ったレジストマスクは、下層レジスト層と、上層レジスト層とを含んでおり、上層レジスト層は、前記下層レジスト層の平面積よりも大きい平面積を有する。アンダーカットの入ったレジストマスクは、パターン化薄膜の微細化に有効である。
【００１７】
本発明に係るパターン化薄膜形成方法は、リフトオフ法、ドライエッチング法または両者の併用の何れにも適用できる。
【００１８】
更に、本発明に係るパターン化薄膜形成方法は、マイクロデバイスの製造方法にも適用できる。マイクロデバイスの製造方法では、上述した本発明に係るパターン化薄膜形成方法によって、マイクロデバイスとなるパターン化薄膜を形成する。マイクロデバイスは薄膜磁気ヘッドであってもよいし、半導体デバイスや、薄膜を用いたセンサやアクチュエータ等であってもよい。マイクロデバイスが薄膜磁気ヘッドである場合、パターン化薄膜の具体例は磁気抵抗効果素子である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
１．リフトオフ法
図１〜図８は本発明に係るパターン化薄膜形成方法及びマイクロデバイスの製造方法について、リフトオフ法を適用した場合を説明する図である。
【００２０】
まず、図１に示すように、基板等の基層１００の上に、下層レジスト層１１１を形成する。下層レジスト層１１１は、スピンコート法等の手段によって、基層１００の上に塗布した後、必要に応じて、これを加熱することによって形成される。
【００２１】
下層レジスト層１１１を構成するレジスト材料は、その上に形成される上層レジスト層（後述）を構成するレジスト材料とインターミキシングを起こさない材料であることが必要である他、アンダーカットの入った積層（２層）レジストパターンを形成する場合は、採用されるアンダーカット形成方法に適した材料が選択される。アンダーカット形成方法としては、現像剤のみによる方法、アッシングのみによる方法、及び、現像剤とアッシングとを併用する方法がある。
【００２２】
この内、現像のみでアンダーカットの入った２層レジストパターンを形成する場合は、下層レジスト層１１１を構成するレジスト材料は、現像剤として通常用いられるアルカリ性水溶液に溶解し、かつ、上層レジスト層（後述）よりもアルカリ性水溶液による溶解速度の速い材料によって構成する。この場合の具体例としては、下記の化学式で表されるポリメチルグルタールイミド（以下ＰＭＧＩと称する）を挙げることができる。

Figure 0003883004
ここで、Ｒは水素原子またはメチル基、ｎは１以上の整数
【００２３】
アッシングのみでアンダーカットの入った２層レジストを得る場合は、アッシング反応速度が、上層レジスト層（後述）を構成するレジスト材料よりも速いこと等の条件を満たす材料を用いる。
現像剤とアッシングとを併用してアンダーカットを入れる場合は、アルカリ性水溶液に溶解し、かつ、アッシング反応速度が上層レジスト層を構成するレジスト材料よりも速いこと等の条件を満たす材料を用いる。
【００２４】
以下の説明では、上述した３つのアンダーカット形成方法のうち、現像剤のみによってアンダーカットを入れる場合を例にとって説明する。
【００２５】
図１に示した工程の後、図２に示すように、下層レジスト層１１１の上に、上層レジスト層１１２を、スピンコート法等の手段によって形成する。上層レジスト層１１２は、フェノール性水酸基を含むレジストを主成分とするものが好ましい。上層レジスト層１１２のためのレジストの例としては、少なくとも次の化学式、
Figure 0003883004
ここで、ｍは０〜３の整数、ｎは１以上の整数
で表される構造を有する成分を含むものを挙げることができる。
【００２６】
Figure 0003883004
上層レジスト層１１２のレジストの別の例としては、少なくとも下記の化学式、
ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基、ｎは１以上の整数
で表される構造を有する成分を含むものを用いることができる。
【００２７】
更に、上層レジスト層１１２に適したフェノール性水酸基を含むレジストの他の例としては、特公昭３７−１８０１５号公報に開示されたＮＱＤ−ノボラックレジスト（ナフトキノンジアジド−ノボラックレジスト）、特開平６−２４２６０２号公報に開示された一体型ＮＱＤ−ノボラックレジスト、特開２０００−６３４６６号公報に開示された疎水性一体型ＮＱＤ−ノボラックレジスト、及び、特開平６−２７３９３４号公報に開示されたポリヒドロキシスチレン系樹脂を主成分とした化学増幅型レジスト等も挙げることができる。
【００２８】
次に、図３に示すように、マスク１０５を介して、上層レジスト層１１２を露光して、上層レジスト層１１２に所定のパターンの潜像を形成する。露光用の光は、紫外線、エキシマレーザー光、電子ビーム等、どのような光でもよい。露光用の光が電子線である場合には、マスク１０５を介することなく、直接、上層レジスト層１１２に電子線を照射することにより、所定のパターンの潜像を形成してもよい。また、必要に応じて、露光後に上層レジスト層１１２を加熱する。
【００２９】
次に、図４に示すように、現像液によって、露光後の上層レジスト層１１２を現像すると共に、下層レジスト層１１１の一部を溶解させる。現像後、下層レジスト層１１１および上層レジスト層１１２の水洗と乾燥を行う。これにより、アンダーカットの入ったレジストマスク１１０が得られる。アンダーカットの入ったレジストマスク１１０では、上層レジスト層１１２は、下層レジスト層１１１の平面積よりも大きい平面積を有する。このようなレジストマスク１１０は、パターン化薄膜の微細化に有効である。現像液としては、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）の水溶液等のアルカリ性水溶液を用いることが好ましい。
【００３０】
次に、図５に示すように、基層１００の上にレジストマスク１１０を残したままで、例えば、スッパタまたはＣＶＤ等の薄膜形成プロセスを実行することにより、パターン化薄膜２１、２２を形成する。レジストマスク１１０の周囲にも、付着膜２３が付着する。この付着膜２３は、基層１００の表面に延びるように付着する。
【００３１】
従来は、図５に示した工程の直後に、リフトオフ法を実行することにより、基層１００から、レジストマスク１１０を剥離していた。ところが、図５にも示すように、レジストマスク１１０の周囲に付着した付着膜２３が、さらに、基層１００の表面に延びるように付着するため、レジストマスク１１０のリフトオフ工程において、付着膜２３が基層１００と密着する部分で、無理やりに剥離される結果となり、いわゆる「バリ」が発生しまい、最終製品の品質、信頼性及び歩留を低下させてしまうという問題点があったのである。
【００３２】
この「バリ」の問題を解決する手段として、本発明では、図６に示すように、光架橋剤を含有する有機樹脂を塗布して、レジストマスク１１０及び付着膜２３を覆う有機樹脂層１１４を形成し、次に、図７に示すように、この有機樹脂層１１４に、光を照射して、これを架橋させる。
【００３３】
有機樹脂層１１４を構成する有機樹脂は、光架橋剤を含有する他、主成分たる樹脂、及び、溶剤を含んでいて、光の照射により硬化し、しかも、有機溶剤により膨潤もしくは溶解し、剥離可能な性質を有するものであればよい。樹脂、光架橋剤及び溶剤のそれぞれは、１成分からなっていてもよいし、多成分の混合物であってもよい。
【００３４】
用い得る樹脂の例としては、環化ポリイソプレン、環化ポリブタジエン、ポリヒドロキシスチレン、ポリアクリルアミド、ポリアミド酸またはポロメチルメタクリレート等がある。光架橋剤の例としては、アジド化合物やビスアジド化合物等を挙げることができる。
【００３５】
有機樹脂層１１４を構成する有機樹脂に含まれるべき溶剤の例としては、シクロヘキサンなどのケトン類、１−エトキシ−２−プロパノ−ル等のアルコール類、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチルもしくは酢酸ブチル等のエステル類、または、キシレンなどを挙げることができる。
【００３６】
入手可能な具体例としては、ＪＳＲ株式会社製ＣＩＲ７０１がある。この製品は、ゴム系ネガレジストであって、環化ポリイソプレンと、４−ニトロジフェニルアミンと、キシレンとを含んでいる。
【００３７】
有機樹脂層１１４として、上述したネガレジストを用いた場合は、その全面を露光し、架橋させる。有機樹脂層１１４は、その架橋により、レジストマスク１１０と、その周囲に付着した付着膜２３を捕捉する。
【００３８】
上述のようにして、レジストマスク１１０及び付着膜２３を、架橋した有機樹脂層１１４によって捕捉した後、全体を有機溶剤中に浸漬して揺動させて、有機樹脂層１１４を、レジストマスク１１０と共に溶解させる。有機溶剤中における浸漬揺動の代わりに、超音波を照射してもよい。
【００３９】
このようにして、有機樹脂層１１４及びレジストマスク１１０を除去することにより、図８に示すように、「バリ」を生じることなく、レジストマスク１１０を除去し、「バリ」のないパターン化薄膜２１、２２を得ることができる。
【００４０】
２．ドライエッチング法
図９〜図１７は本発明に係るマスク形成方法、パターン化薄膜形成方法、及び、マイクロデバイスの製造方法について、ドライエッチング法を適用した例を示す図である。
【００４１】
まず、図９に示すように、スパッタ法、ＣＶＤ法、またはめっき法等の周知の成膜技術を適用して基板等の基層１００の上に、基層となる被パターニング膜３００を形成する。被パターニング膜３００は、各種金属薄膜、無機膜等で構成される。選択すべき金属材料及び無機材料等には、特に限定はない。また、被パターニング膜３００は、単層膜であってもよいし、複数層を積層した積層膜であってもよい。
【００４２】
次に、図１０に示すように、被パターニング膜３００の上に、下層レジスト層１１１を形成した後、図１１〜図１３に示す工程が実行される。図１１〜図１３に図示するレジストマスク１１０を形成するまでの工程は、リフトオフ法の図２〜図４と異なることがないので、重複説明は省略する。
【００４３】
次に、レジストマスク１１０を形成した後、図１３に示すように、レジストマスク１１０を用いて、ドライエッチング、例えばイオンミリング、リアクティブ．イオン．エッチング（ＲＩＥ）等によって、被パターニング膜３００をエッチングして、所望の形状のパターン化薄膜３０を形成する。パターン化薄膜形成工程前に、基層１００の表面全体をアッシング処理してもよい。これにより、図１４に示すように、パターン化薄膜３０が得られる。
【００４４】
エッチングプロセスにおいて、被パターニング膜３００がドライエッチングされた場合、被パターニング膜３００から生じた微粒子が、レジストマスク１１０の側面等に再付着し、図１４に示すように、再付着膜１１３が形成される。再付着膜１１３は、レジストマスク１１０の底部に存在するパターン化薄膜３０に連なっており、結合されている。
【００４５】
従来は、図１４に示した工程の後に、有機溶剤を用いて、レジストマスク１１０を剥離していた。ところが、レジストマスク１１０の側面等に付着した再付着膜１１３が、レジストマスク１１０の底部に存在するパターン化薄膜３０にも連なっているため、図１４の状態で、レジストマスク１１０を有機溶剤によって溶解しても、再付着膜１１３が、パターン化薄膜３０に付着したまま、除去されずに残ってしまい、「バリ」が発生することがあった。このため、最終製品の品質、信頼性及び歩留を低下させてしまうという問題点があったのである。
【００４６】
この「バリ」の問題を解決する手段として、本発明では、図１５に図示するように、レジストマスク１１０及び再付着膜１１３を覆う有機樹脂層１１４を塗布し、次に、有機樹脂層１１４を架橋させる。有機樹脂層１１４として、ネガレジストを用いた場合は、図１６に図示するように、その全面を露光し、架橋させる。有機樹脂層１１４は、その架橋により、レジストマスク１１０と、その周囲に付着した再付着膜１１３を捕捉する。
【００４７】
上述のようにして、レジストマスク１１０及び再付着膜１１３を、架橋した有機樹脂層１１４によって捕捉した後、全体を有機溶剤中に浸漬して揺動させ、有機樹脂層１１４を、レジストマスク１１０と共に溶解させる。有機溶剤中における浸漬揺動の代わりに、超音波を照射してもよいことは既に述べたとおりである。
【００４８】
このようにして、有機樹脂層１１４及びレジストマスク１１０を除去することにより、図１７に示すように、「バリ」のないパターン化薄膜３０を得ることができる。
【００４９】
３．併用法
図１８〜図２６はリフトオフ法及びドライエッチング法を併用した本発明に係るパターン化薄膜形成方法、及び、マイクロデバイスの製造方法について説明する図である。
【００５０】
併用法では、まず、図１８〜図２２に示す工程が実行される。図１８〜図２２に示す工程は、ドライエッチング法の図９〜図１３に示す工程と異なるところはないので、重複説明は省略する。
【００５１】
図１８〜図２２に示した工程を通した後、図２３に示すように、パターン化薄膜３０の上にレジストマスク１１０を残したままで、スッパタまたはＣＶＤ等の薄膜形成プロセスを実行することにより、パターン化薄膜２１、２２を形成する。この後、図２４〜図２６に示すリフトオフ法を実行することにより、パターン化薄膜３０から、有機樹脂層１１４及びレジストマスク１１０を剥離する。これにより、図２６に示すように、マイクロデバイスの一部となるパターン化薄膜３０、２１，２２が得られる。図２３〜図２６に図示する工程は、図５〜図１０に示したリフトオフ工程と同じであるので、重複説明は省略することとし、その代わり、実施例によって具体的に説明する。
【００５２】
実施例
まず、図１８に示すプロセスにおいて、基層１００を構成する基板として、直径３インチ、厚み２ｍｍのＡｌＴｉＣ（アルティック）を用いた。基層１００を構成する基板の上には、被パターニング膜３００となるＮｉＦｅ（８０ー２０ｗｔ％）を３０ｎｍの膜厚となるように、スパッタ成膜した。スパッタ装置として、アルネバ（株）社製 ＳＰＦ−７４０Ｈを用いた。スパッタ条件は、次のとおりである。
【００５３】
ガス：Ａｒ
電力；１５００Ｗ、ＤＣ
ターゲット径：８インチ
ガス流量；１５ｓｃｃｍ
圧力：０．２５Ｐａ
析出速度：約１５ｎｍ／ｓｅｃ
なお、流量単位ｓｃｃｍとは、standard cubic cmの略語であり、圧力を１気圧（１．０１３２５×１０５Ｐａ）に変換した時の１分間当たりのｃｍ３単位の流量を表す。
【００５４】
さらに、図１８のプロセスでは、ＰＭＧＩを、スピンコートによって塗布し、下層レジスト層１１１を形成した。ＰＭＧＩとしては、シプレイファーイースト社製のＬＯＬ−５００を用い、５０ｎｍの厚さに塗布した。次に、塗布された第１のレジスト層（ＰＭＧＩ）をプリベークした。プリベーク条件は１８０℃、３００秒とした。
【００５５】
次に、図１９に示すプロセスでは、ＰＭＧＩでなる下層レジスト層１１１の上に、レジストを、スピンコート法によって０．５μｍの厚さに塗布し、上層レジスト層１１２を形成した。上層レジスト層１１２を構成するレジストとして、クラリアントジャパン社のＡＺ５１０５Ｐを用いた。次に、塗布されたレジスト層１１２をプリベークした。プリベーク条件は１２０℃、６０秒とした。
【００５６】
次に、図２０に示す露光プロセスでは、露光装置として、ニコン社製ＮＳＲ−ＴＦＨＥＸ１４Ｃを用いた。露光条件は次のとおりである。
ＮＡ；０．６
σ；０．７５
Ｄｏｓｅ；２２ｍＪ／ｃｍ２
Ｆｏｃｕｓ；０μｍ
マスク１０５のサイズ；０．２μｍ
【００５７】
次に、現像プロセスでは、現像前に、１２０℃の温度で６０秒間加熱した。現像液として、２．３８％テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）の水溶液を用い、３０秒、１パドルで、現像処理を行った。
【００５８】
上述した図１８〜図２０のプロセスを経ることにより、幅０．２μｍ、長さ３μｍの下層レジスト層１１１と、下層レジスト層１１１の両側に３μｍだけ飛び出る上層レジスト層１１２とを有するアンダーカット入りのレジストマスク１１０を得た。レジストマスク１１０は、基層を構成する基板をウエハーとしてその面上に多数整列して形成される。
【００５９】
レジストマスク１１０を形成した後、図２１に示すように、ミリングを行った。用いられたミリング装置は、Ｖｅｅｃｏ 社製 ＩＢＥ−ＩＢＤである。ミリング条件は次のとおりである。
ガス；Ａｒ
ガス流量；１０ｓｃｃｍ
圧力：２×１０−４Ｔｏｏｒ
ミリング角度：５°（基板表面の垂線に対する角度）
ビーム電流：３００ｍＡ
ビーム電圧：ＤＣ３００Ｖ
加速電圧：−５００Ｖ
これにより、図２２に示すように、パターン化薄膜３０が得られた。
【００６０】
次に、図２３のスパッタプロセスでは、スパッタ装置として、Ｖｅｅｃｏ 社製 ＩＢＥ−ＩＢＤを用いて、スパッタ成膜を行った。スパッタ条件は、次のとおりである。
ガス；Ａｒ
ガス流量；５ｓｃｃｍ
圧力：２×１０−４Ｔｏｏｒ
スパッタ角度：３０°（基層面に対して垂直な方向に対する角度）
ビーム電流：３００ｍＡ
ビーム電圧：ＤＣ１５００Ｖ
加速電圧：−２００Ｖ
ターゲット：Ａｕ
成膜厚：５０ｎｍ
【００６１】
次に、図２４の樹脂塗布プロセスでは、ＪＳＲ株式会社製のＣＩＲ７０１を、スピンコートにより、２μｍの膜厚となるように塗布して、有機樹脂層１１４を形成した。ＣＩＲ７０１は、前述したように、ゴム系ネガレジストであって、環化ポリイソプレンと、４−ニトロジフェニルアミンと、キシレンとを含んでいる。
【００６２】
次に、図２５に示す露光プロセス（光架橋工程）では、露光装置として、キャノン社製ＰＬＡ−５０１（ｂｒｏａｄ ｂａｎｄ）を用い、有機樹脂層１１４の全面露光を行った。全面露光におけるＤｏｓｅは、５００ｍＪ／ｃｍ２とした。露光前に、１１０℃、１８０秒間のプリベーク処理を行った。
【００６３】
次に、図２６に示す有機樹脂剥離工程では、全体を、５０℃のＮ−メチルピロリドン溶液中に、１時間浸漬し、かつ、揺動した。これにより、架橋した有機樹脂層１１４及びマスク１１０が溶解除去され、図２６に示すように、「バリ」のないパターン化薄膜３０、２１、２２が得られた。
【００６４】
図２６のパターン化薄膜３０を、日立製作所製 ＣＤ−ＳＥＭ Ｓ７８００により観察したところ、０．２μｍ幅のＮｉＦｅ孤立パターンを有するパターン化薄膜３０の外側に、「バリ」を持たないＡｕパターンでなるパターン化薄膜２１、２２が得られていることが確認された。図２５、図２６の工程を持たない比較例（従来例）の場合は、バリのために歩留まりが７０％程度に低下した。
【００６５】
４．具体的適用例
次に、上述したパターン化薄膜形成方法を適用したマイクロデバイスの製造方法の具体例として、薄膜磁気ヘッドの製造方法、特に、巨大磁気抵抗効果素子（以下ＧＭＲ素子と称する）を用いた再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドを製造する場合を例にとって説明する。ＧＭＲ素子としては、スピンバルブ膜（以下ＳＶ膜と称する）や強磁性トンネル接合素子（以下ＴＭＲ素子と称する）を挙げることができる。
【００６６】
図２７はウエハー上で見た薄膜磁気ヘッド要素の１つを拡大して示す断面図、図２８は図２７の２８−２８線に沿った拡大側面断面図である。
【００６７】
図示された薄膜磁気ヘッド要素は、再生ヘッドと記録ヘッド（誘導型電磁変換素子）とを備えており、これらは、アルティック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板５の上に搭載されている。基板５はスライダ基体を構成する。基板５の上には、スパッタリング法等によって、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁材料よりなる絶縁層５０１が、例えば１〜５μｍの厚みに形成されている。下部シールド層２８は、パーマロイ（ＮｉＦｅ）等の磁性材料よりなり、絶縁層５０１の上に、スパッタリング法またはめっき法等によって、例えば約３μｍの厚みとなるように形成されている。
【００６８】
再生ヘッドは、ＧＭＲ素子３０と、下部シールド層２８と、上部シールド層（下部磁極層）４１とを有している。下部シールド層２８および上部シールド層４１は、ＧＭＲ素子３０を挟んで対向するように配置されている。
【００６９】
下部シールド層２８の上には、下部シールドギャップ層２３０が備えられている。下部シールドギャップ層２３０は、アルミナ等の絶縁材料よりなり、スパッタ等によって、例えば１０〜２００ｎｍの厚み（最小厚み）に形成されている。下部シールドギャップ層２３０の上には、ＧＭＲ素子３０及び（電極／磁区制御膜）２１、２２が、それぞれ、例えば数十ｎｍの厚みに形成されている。（電極／磁区制御膜）２１、２２と下部シールドギャップ層２３０との間には、アルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層２３１，２３２が設けられている。
【００７０】
ＧＭＲ素子３０及び（電極／磁区制御膜）２１、２２は上部シールドギャップ層２４０によって覆われている。上部シールドギャップ層２４０は、アルミナ等の絶縁材料よりなり、スパッタ等によって、例えば１０〜２００ｎｍの厚み（最小厚み）に形成されている。
【００７１】
記録ヘッド４は、上部シールド層となる下部磁極層４１、上部磁極層４５、記録ギャップ層４２及び薄膜コイル４３等を有している。下部磁極層４１及び上部磁極層４５は、互いに磁気的に連結されている。
【００７２】
下部磁極層４１は、ＧＭＲ素子３０と対向する部分では、上部シールドギャップ層２４０の上に形成されており、対向する部分の両側では、絶縁層２４１，２４２によって支持されている。記録ギャップ層４２は下部磁極層４１の磁極部分と上部磁極層４５の磁極部分との間に設けられている。薄膜コイル４３は下部磁極層４１および上部磁極層４５の間に存在するインナーギャップを埋める絶縁膜４８の内部に、絶縁された状態で配設されている。記録ヘッド４は、アルミナ等の保護膜４９によって覆われている。
【００７３】
次に、上述した薄膜磁気ヘッドついて、本発明に係るパターン化薄膜形成方法を用いて、ＧＭＲ素子３０を形成するプロセスを、図２９〜図３９を参照して説明する。実施例のＧＭＲ素子３０は、ＳＶ膜である。
【００７４】
まず、図２９に示すように、基板５の上に、絶縁層５０１、下部シールド層２８、下部シールドギャップ層２３０及び絶縁層２３１，２３２等を、周知技術の適用によって形成する。
【００７５】
次に、図３０に示すように、下部シールドギャップ層２３０及び絶縁層２３１，２３２の上に、ＧＭＲ素子となる被パターニング層３００を形成する。図では、被パターニング層３００は単層表示であるが、実際のＳＶ膜では多層膜構造である。
【００７６】
次に、図３１に示すように、被パターニング層３００の上に、下層レジスト層１１１を形成する。下層レジスト層１１１は、既に述べたような基本的特性を有するレジスト材料、具体的にはＰＭＧＩ等で構成される。
【００７７】
次に、図３２に示すように、下層レジスト層１１１の上に上層レジスト層１１２を形成する。上層レジスト層１１２の具体例は、既に示したとおりである。
【００７８】
次に、図３３に示すように、マスク１０５を介して、上層レジスト層１１２を露光して、上層レジスト層１１２に所定のパターンの潜像を形成する。マスク１０５は、潜像がＧＭＲ素子の位置に形成されるように位置合わせされる。
【００７９】
次に、現像液によって、露光後の上層レジスト層１１２を現像すると共に、下層レジスト層１１１の一部を溶解させ、現像後、下層レジスト層１１１および上層レジスト層１１２の水洗と乾燥を行う。
【００８０】
これにより、図３４に示すように、アンダーカットの入った積層レジストパターン１１１、１１２でなるレジストマスク１１０が形成される。
【００８１】
次に、図３４、図３５に示すように、例えばイオンミリング等のドライエッチングによって、被パターニング層３００を選択的にエッチングし、ＧＭＲ素子３０を形成する。エッチングプロセスにおいて、被パターニング膜３００がドライエッチングされた場合、被パターニング膜３００から生じた微粒子が、レジストマスク１１０の側面等に再付着し、図３５に示すように、再付着膜１１３が形成される。再付着膜１１３は、通常、レジストマスク１１０の底部に存在するパターン化薄膜３０に連なり、結合される。
【００８２】
次に、図３６に示すように、パターン化薄膜３０の上にレジストマスク１１０を残したままで、例えば、スッパタまたはＣＶＤ等の薄膜形成プロセスを実行することにより、パターン化薄膜２１、２２を形成する。パターン化薄膜２１、２２は、ＧＭＲ素子３０に電気的に接続される一対の電極層、及び、磁区制御膜を含む。レジストマスク１１０には、付着膜２３が付着する。
【００８３】
従来は、図３６に示した工程の後に、リフトオフ法を実行することにより、パターン化薄膜３０から、レジストマスク１１０を剥離していたため、レジストマスク１１０の除去工程において、レジストマスク１１０の上の再付着膜１１３、付着膜２３が、その周囲のパターン化薄膜２１、２２と密着する部分で、無理やりに剥離される結果となって、「バリ」が発生していた。
【００８４】
この問題を解決するため、本発明では、図３７に示すように、光架橋剤を含有する有機樹脂層１１４を塗布して、レジストマスク１１０、付着膜２３及びパターン化薄膜２１、２２を覆い、次に、有機樹脂層１１４を架橋させる。有機樹脂層１１４として、ネガレジストを用いた場合は、図３８に示すように、その全面を露光し、架橋させる。有機樹脂層１１４は、その架橋により、レジストマスク１１０と、その周囲に付着した付着膜２３を捕捉する。
【００８５】
上述のようにして、レジストマスク１１０及び付着膜２３を、架橋した有機樹脂層１１４によって捕捉した後、全体を有機溶剤中に浸漬して揺動させて、有機樹脂層１１４を、レジストマスク１１０と共に溶解させる。有機溶剤中における浸漬揺動の代わりに、超音波を照射してもよい。
【００８６】
このようにして、有機樹脂層１１４及びレジストマスク１１０を除去することにより、図３９に示すように、「バリ」を生じることなく、レジストマスク１１０を除去し、「バリ」のないパターン化薄膜２１、２２を得ることができる。パターン化薄膜２１、２２が、（電極／磁区制御膜）となることは、既に述べたとおりである。
【００８７】
この後、更に、記録ヘッドのための製造プロセスを実行する。記録ヘッドの製造プロセスは周知である。
【００８８】
具体的なプロセスは、併用法の実施例に示したプロセス条件が適用される。また、図示及び説明は省略するが、本発明は、ＳＶ膜に対して、膜面に垂直に電流を流すＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to a Plane of a Giant Magnetoresistance）素子またはＴＭＲ素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造にも、若干のプロセス修正を加えることにより、適用できることは明らかである。
【００８９】
本発明は、上記実施の形態に限定されず種々の変更が可能である。例えば、本発明は、半導体デバイスや、薄膜を用いたセンサやアクチュエータ等、薄膜磁気ヘッド以外のマイクロデバイスの製造方法にも適用することができる。
【００９０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、レジストマスク等の除去工程において、「バリ」等を生じることなく、レジストマスクを確実に除去し得るパターン化薄膜形成方法およびマイクロデバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リフトオフ法による本発明に係るパターン化薄膜形成方法及びマイクロデバイスの製造法に含まれる一工程を示す断面図である。
【図２】図１に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図３】図２に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図４】図３に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図５】図４に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図６】図５に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図７】図６に示した工程の後の工程である全面露光工程を示す図である。
【図８】図７に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図９】ドライエッチング法による本発明に係るパターン化薄膜形成方法及びマイクロデバイスの製造法に含まれる一工程を示す断面図である。
【図１０】図９に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図１１】図１０に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図１２】図１１に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図１３】図１２に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図１４】図１３に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図１５】図１４に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図１６】図１５に示した工程の後の工程である全面露光工程を示す図である。
【図１７】図１６に示した工程の後の工程を示す図である。
【図１８】リフトオフ法及びドライエッチング法を併用したによる本発明に係るパターン化薄膜形成方法及びマイクロデバイスの製造法に含まれる一工程を示す断面図である。
【図１９】図１８に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図２０】図１９に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図２１】図２０に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図２２】図２１に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図２３】図２２に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図２４】図２３に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図２５】図２４に示した工程の後の工程である全面露光工程を示す図である。
【図２６】図２５に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図２７】本発明に係るパターン化薄膜形成方法及びマイクロデバイス製造方法が適用される薄膜磁気ヘッド要素の断面図である。
【図２８】図２７の２８−２８線に沿った拡大側面断面図である。
【図２９】図２７、図２８に示した薄膜磁気ヘッド要素に含まれるＧＭＲ素子の製造工程における一工程を示す断面図である。
【図３０】図２９に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図３１】図３０に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図３２】図３１に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図３３】図３２に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図３４】図３３に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図３５】図３４に示した工程の後の工程を示す断面図である。
【図３６】図３５に示した工程の後の工程を示す図である。
【図３７】図３６に示した工程の後の工程を示す図である。
【図３８】図３７に示した工程の後の工程である全面露光工程を示す図である。
【図３９】図３８に示した工程の後の工程を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 基層
１０７ 有機樹脂層
１１０ レジストマスク
１１１ 下層レジストパターン
１１２ 上層レジストパターン
３００ 被パターンニング層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a patterned thin film forming method for forming a patterned thin film and a microdevice manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
In a microdevice having a patterned thin film (hereinafter referred to as a patterned thin film), the patterned thin film is formed using a patterned resist mask. In the present invention, the micro device refers to a small device manufactured using a thin film forming technique. The microdevice referred to in the present invention includes a semiconductor device, a thin film magnetic head, a sensor and an actuator using a thin film, and the like.
[0003]
In order to form a patterned thin film using a patterned resist mask, for example, as shown in Patent Document 1, a dry etching method (referred to as a milling patterning method in Patent Document 1), a lift-off method, and the like. , And a method using these in combination (hereinafter referred to as a combined method).
[0004]
By the way, in micro devices such as semiconductor devices, thin film magnetic heads, thin film sensors, or actuators, miniaturization of patterned thin films is required more and more along with miniaturization and higher functionality. It is coming. In order to meet such technical trends and requirements, the width and thickness of the resist mask must be reduced accordingly.
[0005]
However, as the width and thickness of the resist mask become smaller, it becomes difficult to sufficiently infiltrate the resist mask with a solvent or the like that removes the resist mask when the patterned thin film formation technology by the lift-off method is applied. Become. For this reason, in the resist mask removing step, the portion that should be removed originally remains as a “burr” without being removed.
[0006]
When the patterned thin film formation technology by the dry etching method is applied, the dry etching component reattached to the side surface of the resist mask by the dry etching binds to the dry etching film, and the resist mask is removed with a solvent. However, it is not removed and still remains as “burr”. A similar “burr” occurs when the lift-off method and the dry etching method are used in combination.
[0007]
If the “burrs” generated as described above cannot be finally removed, the quality of the final product cannot be guaranteed, and the reliability is impaired and the yield is significantly reduced.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-9-96909
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a patterned thin film forming method and a microdevice manufacturing method capable of reliably removing a resist mask without causing so-called “burrs” or the like.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, in the present invention, in forming a patterned thin film on a base layer, a patterned thin film is formed on the base layer using a resist mask, and then an organic containing a photocrosslinking agent is formed. Applying resin to form an organic resin layer covering the resist mask and the patterned thin film, then cross-linking the organic resin layer, and then removing the organic resin layer and the resist mask Including.
[0011]
In crosslinking the organic resin layer containing the photocrosslinking agent, for example, in the case of a negative type, the entire surface may be exposed.
[0012]
As described above, in the present invention, a patterned thin film is formed on a base layer using a resist mask. Therefore, when a dry etching method is used in the patterned thin film forming process, dry etching to be scattered from the patterned film is performed. The component reattaches to the side surface of the resist mask. The dry etching component reattached in this way also binds to the dry etching film, and even if the resist mask is removed with a solvent, it remains as a “burr” without being removed. It is as follows. As described above, when the lift-off method and the dry etching method are used in combination, the same “burr” is generated.
[0013]
In the present invention, as a means for solving the problem of “burrs” due to the reattachment film, an organic resin layer containing a photocrosslinking agent is applied to cover the resist mask and the patterned thin film. Crosslink. When the dry etching method is applied, the cross-linked organic resin layer captures the resist mask and the redeposition film attached around the resist mask by this step. When the lift-off method is applied, the crosslinked organic resin layer captures the resist mask and the film to be patterned attached to the periphery thereof.
[0014]
As described above, after the resist mask, the redeposition film, or the film to be patterned is captured by the crosslinked organic resin layer, the organic resin layer and the resist mask are removed. Specifically, this removal step may be performed by a technique in which the whole is immersed and swung in an organic solvent and the organic resin layer is dissolved together with the resist mask, or a technique of irradiating ultrasonic waves. it can.
[0015]
Thus, by removing the organic resin layer and the resist mask, the resist mask can be removed without causing so-called “burrs”.
[0016]
The resist mask may be a single layer resist mask without an undercut or may have a structure with an undercut. The resist mask including the undercut includes a lower resist layer and an upper resist layer, and the upper resist layer has a plane area larger than the plane area of the lower resist layer. A resist mask with an undercut is effective for miniaturization of a patterned thin film.
[0017]
The patterned thin film forming method according to the present invention can be applied to any of the lift-off method, the dry etching method, or a combination of both.
[0018]
Furthermore, the patterned thin film forming method according to the present invention can also be applied to a microdevice manufacturing method. In the manufacturing method of a microdevice, the patterned thin film used as a microdevice is formed with the patterned thin film formation method which concerns on this invention mentioned above. The micro device may be a thin film magnetic head, a semiconductor device, a sensor or an actuator using a thin film, or the like. When the microdevice is a thin film magnetic head, a specific example of the patterned thin film is a magnetoresistive element.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1. Lift-off method
FIGS. 1-8 is a figure explaining the case where the lift-off method is applied about the manufacturing method of the patterned thin film formation method and microdevice concerning this invention.
[0020]
First, as shown in FIG. 1, a lower resist layer 111 is formed on a base layer 100 such as a substrate. The lower resist layer 111 is formed by applying the resist layer 111 on the base layer 100 by means of a spin coat method or the like and then heating it as necessary.
[0021]
The resist material that constitutes the lower resist layer 111 must be a material that does not cause intermixing with the resist material that constitutes the upper resist layer (described later) formed thereon. In the case of forming a (two-layer) resist pattern, a material suitable for the employed undercut forming method is selected. As an undercut forming method, there are a method using only a developer, a method using only ashing, and a method using both a developer and ashing.
[0022]
Among these, in the case of forming a two-layer resist pattern with an undercut only by development, the resist material constituting the lower resist layer 111 is dissolved in an alkaline aqueous solution usually used as a developer, and the upper resist layer ( It is made of a material having a faster dissolution rate with an alkaline aqueous solution than that described below. Specific examples in this case include polymethylglutarimide (hereinafter referred to as PMGI) represented by the following chemical formula.
Figure 0003883004
Here, R is a hydrogen atom or a methyl group, n is an integer of 1 or more
[0023]
In the case of obtaining a two-layer resist with an undercut by only ashing, a material that satisfies the condition that the ashing reaction rate is faster than the resist material constituting the upper resist layer (described later) is used.
When undercutting is performed using a developer and ashing in combination, a material that satisfies the conditions such as being dissolved in an alkaline aqueous solution and having a higher ashing reaction rate than the resist material constituting the upper resist layer is used.
[0024]
In the following description, the case where an undercut is made only by a developer among the above-described three undercut forming methods will be described as an example.
[0025]
After the process shown in FIG. 1, as shown in FIG. 2, an upper resist layer 112 is formed on the lower resist layer 111 by means such as spin coating. The upper resist layer 112 is preferably composed mainly of a resist containing a phenolic hydroxyl group. Examples of resists for the upper resist layer 112 include at least the following chemical formulas:
Figure 0003883004
Here, m is an integer of 0 to 3, n is an integer of 1 or more
The thing containing the component which has a structure represented by these can be mentioned.
[0026]
Figure 0003883004
Another example of the resist of the upper resist layer 112 includes at least the following chemical formula:
Here, R1 is a hydrogen atom or a methyl group, n is an integer of 1 or more
What contains the component which has the structure represented by these can be used.
[0027]
Further, other examples of the resist containing a phenolic hydroxyl group suitable for the upper resist layer 112 include NQD-novolak resist (naphthoquinonediazide-novolak resist) disclosed in Japanese Patent Publication No. 37-18015, and Japanese Patent Laid-Open No. 6-246022. Integrated NQD-novolak resist disclosed in Japanese Patent Publication No. 2000-63466, hydrophobic integrated NQD-novolak resist disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-63466, and polyhydroxystyrene system disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 6-273934 A chemically amplified resist containing a resin as a main component can also be used.
[0028]
Next, as shown in FIG. 3, the upper resist layer 112 is exposed through a mask 105 to form a latent image having a predetermined pattern on the upper resist layer 112. The exposure light may be any light such as ultraviolet light, excimer laser light, and electron beam. When the exposure light is an electron beam, a latent image having a predetermined pattern may be formed by directly irradiating the upper resist layer 112 with an electron beam without passing through the mask 105. If necessary, the upper resist layer 112 is heated after the exposure.
[0029]
Next, as shown in FIG. 4, the exposed upper resist layer 112 is developed with a developer, and a part of the lower resist layer 111 is dissolved. After the development, the lower resist layer 111 and the upper resist layer 112 are washed with water and dried. Thereby, a resist mask 110 with an undercut is obtained. In the resist mask 110 including the undercut, the upper resist layer 112 has a plane area larger than the plane area of the lower resist layer 111. Such a resist mask 110 is effective for miniaturization of a patterned thin film. As the developer, an alkaline aqueous solution such as an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is preferably used.
[0030]
Next, as shown in FIG. 5, the patterned thin films 21 and 22 are formed by executing a thin film forming process such as sputtering or CVD while leaving the resist mask 110 on the base layer 100. The adhesion film 23 also adheres around the resist mask 110. The adhesion film 23 adheres so as to extend on the surface of the base layer 100.
[0031]
Conventionally, the resist mask 110 is peeled from the base layer 100 by performing a lift-off method immediately after the step shown in FIG. However, as shown in FIG. 5, the adhesion film 23 attached around the resist mask 110 is further attached so as to extend to the surface of the base layer 100, and therefore, in the lift-off process of the resist mask 110, the adhesion film 23 becomes the base layer. As a result, the part that is in close contact with 100 is forcibly separated, so-called “burrs” are generated, and the quality, reliability, and yield of the final product are lowered.
[0032]
As means for solving this “burr” problem, in the present invention, as shown in FIG. 6, an organic resin layer containing a photocrosslinking agent is applied to form an organic resin layer 114 covering the resist mask 110 and the adhesion film 23. Then, as shown in FIG. 7, the organic resin layer 114 is irradiated with light to crosslink it.
[0033]
The organic resin that constitutes the organic resin layer 114 contains a photocrosslinking agent, a resin as a main component, and a solvent. The organic resin is cured by irradiation with light, and is swollen or dissolved by the organic solvent, and peeled off. Any material having possible properties may be used. Each of the resin, the photocrosslinking agent and the solvent may be composed of one component or a multi-component mixture.
[0034]
Examples of resins that can be used include cyclized polyisoprene, cyclized polybutadiene, polyhydroxystyrene, polyacrylamide, polyamic acid, or polymethyl methacrylate. Examples of photocrosslinking agents include azide compounds and bisazide compounds.
[0035]
Examples of the solvent to be included in the organic resin constituting the organic resin layer 114 include ketones such as cyclohexane, alcohols such as 1-ethoxy-2-propanol, ethers such as propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol Mention may be made of monomethyl ether acetate, esters such as ethyl lactate or butyl acetate, or xylene.
[0036]
A specific example that can be obtained is CIR701 manufactured by JSR Corporation. This product is a rubber negative resist and contains cyclized polyisoprene, 4-nitrodiphenylamine and xylene.
[0037]
When the above-described negative resist is used as the organic resin layer 114, the entire surface thereof is exposed and crosslinked. The organic resin layer 114 captures the resist mask 110 and the attached film 23 attached to the periphery thereof by the cross-linking.
[0038]
As described above, after the resist mask 110 and the adhesion film 23 are captured by the crosslinked organic resin layer 114, the whole is immersed and swung in an organic solvent, so that the organic resin layer 114 is combined with the resist mask 110. Dissolve. Instead of immersion rocking in an organic solvent, ultrasonic waves may be irradiated.
[0039]
By removing the organic resin layer 114 and the resist mask 110 in this way, as shown in FIG. 8, the resist mask 110 is removed without generating “burrs”, and the patterned thin film 21 without “burrs” is formed. , 22 can be obtained.
[0040]
2. Dry etching
9 to 17 are diagrams showing examples in which the dry etching method is applied to the mask forming method, the patterned thin film forming method, and the microdevice manufacturing method according to the present invention.
[0041]
First, as shown in FIG. 9, a film to be patterned 300 serving as a base layer is formed on a base layer 100 such as a substrate by applying a well-known film formation technique such as sputtering, CVD, or plating. The film to be patterned 300 is composed of various metal thin films, inorganic films, and the like. There are no particular limitations on the metal material and inorganic material to be selected. Further, the film to be patterned 300 may be a single layer film or a laminated film in which a plurality of layers are laminated.
[0042]
Next, as shown in FIG. 10, after forming the lower resist layer 111 on the film to be patterned 300, the steps shown in FIGS. 11 to 13 are performed. Since the steps until the resist mask 110 shown in FIGS. 11 to 13 is formed are not different from those in FIGS. 2 to 4 of the lift-off method, duplicate description is omitted.
[0043]
Next, after forming the resist mask 110, as shown in FIG. 13, using the resist mask 110, dry etching, for example, ion milling, reactive. ion. The patterned film 300 is etched by etching (RIE) or the like to form a patterned thin film 30 having a desired shape. The entire surface of the base layer 100 may be ashed before the patterned thin film forming step. Thereby, as shown in FIG. 14, the patterned thin film 30 is obtained.
[0044]
In the etching process, when the film to be patterned 300 is dry-etched, the fine particles generated from the film to be patterned 300 reattach to the side surface of the resist mask 110 and the like, and a reattachment film 113 is formed as shown in FIG. The The redeposition film 113 is connected to and bonded to the patterned thin film 30 present at the bottom of the resist mask 110.
[0045]
Conventionally, the resist mask 110 is peeled off using an organic solvent after the step shown in FIG. However, since the redeposition film 113 attached to the side surface of the resist mask 110 is also connected to the patterned thin film 30 existing at the bottom of the resist mask 110, the resist mask 110 is dissolved in an organic solvent in the state shown in FIG. Even so, the reattachment film 113 remains attached to the patterned thin film 30 without being removed, and “burrs” may occur. Therefore, there is a problem that the quality, reliability and yield of the final product are lowered.
[0046]
As a means for solving this “burr” problem, in the present invention, as shown in FIG. 15, an organic resin layer 114 covering the resist mask 110 and the redeposition film 113 is applied, and then the organic resin layer 114 is applied. Crosslink. When a negative resist is used as the organic resin layer 114, the entire surface thereof is exposed and crosslinked as shown in FIG. The organic resin layer 114 captures the resist mask 110 and the redeposition film 113 attached around the organic resin layer 114 by the crosslinking.
[0047]
As described above, after the resist mask 110 and the redeposition film 113 are captured by the crosslinked organic resin layer 114, the whole is immersed in an organic solvent and shaken, so that the organic resin layer 114 is moved together with the resist mask 110. Dissolve. As described above, ultrasonic waves may be irradiated instead of the immersion fluctuation in the organic solvent.
[0048]
By removing the organic resin layer 114 and the resist mask 110 in this manner, a patterned thin film 30 without “burrs” can be obtained as shown in FIG.
[0049]
3. Combination method
18 to 26 are views for explaining a patterned thin film forming method according to the present invention using a lift-off method and a dry etching method, and a microdevice manufacturing method.
[0050]
In the combined method, first, the steps shown in FIGS. 18 to 22 are performed. The steps shown in FIGS. 18 to 22 are not different from the steps shown in FIGS.
[0051]
After performing the steps shown in FIGS. 18 to 22, by performing a thin film formation process such as sputtering or CVD while leaving the resist mask 110 on the patterned thin film 30, as shown in FIG. Patterned thin films 21 and 22 are formed. Thereafter, the organic resin layer 114 and the resist mask 110 are peeled from the patterned thin film 30 by executing a lift-off method shown in FIGS. Thereby, as shown in FIG. 26, the patterned thin films 30, 21, and 22 which become a part of microdevice are obtained. The process illustrated in FIGS. 23 to 26 is the same as the lift-off process illustrated in FIGS. 5 to 10, and thus redundant description will be omitted. Instead, the process will be specifically described with reference to examples.
[0052]
Example
First, in the process shown in FIG. 18, AlTiC (Altic) having a diameter of 3 inches and a thickness of 2 mm was used as the substrate constituting the base layer 100. On the substrate constituting the base layer 100, NiFe (80-20 wt%) to be the patterned film 300 was formed by sputtering so as to have a film thickness of 30 nm. As a sputtering apparatus, SPF-740H manufactured by Arneba Co., Ltd. was used. The sputtering conditions are as follows.
[0053]
Gas: Ar
Power: 1500W, DC
Target diameter: 8 inches
Gas flow rate: 15 sccm
Pressure: 0.25Pa
Deposition rate: about 15 nm / sec
The flow unit sccm is an abbreviation for standard cubic cm, and cm per minute when the pressure is converted to 1 atm (1.01325 × 105 Pa).3Represents the unit flow rate.
[0054]
Furthermore, in the process of FIG. 18, PMGI was applied by spin coating to form the lower resist layer 111. As PMGI, LOL-500 manufactured by Shipley Far East Co., Ltd. was used and applied to a thickness of 50 nm. Next, the applied first resist layer (PMGI) was pre-baked. The prebaking conditions were 180 ° C. and 300 seconds.
[0055]
Next, in the process shown in FIG. 19, an upper resist layer 112 was formed by applying a resist to a thickness of 0.5 μm on the lower resist layer 111 made of PMGI by spin coating. As the resist constituting the upper resist layer 112, AZ5105P manufactured by Clariant Japan Co., Ltd. was used. Next, the applied resist layer 112 was pre-baked. The pre-baking conditions were 120 ° C. and 60 seconds.
[0056]
Next, in the exposure process shown in FIG. 20, NSR-TFHEX14C manufactured by Nikon Corporation was used as an exposure apparatus. The exposure conditions are as follows.
NA; 0.6
σ; 0.75
Dose; 22mJ / cm2
Focus: 0 μm
Mask 105 size: 0.2 μm
[0057]
Next, in the development process, heating was performed at a temperature of 120 ° C. for 60 seconds before development. As a developing solution, an aqueous solution of 2.38% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) was used, and development processing was performed for 30 seconds and 1 paddle.
[0058]
18 to 20 described above, an undercut is formed having a lower resist layer 111 having a width of 0.2 μm and a length of 3 μm and an upper resist layer 112 protruding by 3 μm on both sides of the lower resist layer 111. A resist mask 110 was obtained. The resist mask 110 is formed by aligning a number of substrates constituting the base layer on the surface of the substrate as a wafer.
[0059]
After forming the resist mask 110, milling was performed as shown in FIG. The milling device used is IBE-IBD manufactured by Veeco. The milling conditions are as follows.
Gas; Ar
Gas flow rate: 10sccm
Pressure: 2 × 10-4Toor
Milling angle: 5 ° (angle relative to the normal of the substrate surface)
Beam current: 300 mA
Beam voltage: DC300V
Acceleration voltage: -500V
Thereby, as shown in FIG. 22, the patterned thin film 30 was obtained.
[0060]
Next, in the sputtering process of FIG. 23, sputtering film formation was performed using IBE-IBD manufactured by Veeco as a sputtering apparatus. The sputtering conditions are as follows.
Gas; Ar
Gas flow rate: 5 sccm
Pressure: 2 × 10-4Toor
Sputtering angle: 30 ° (angle with respect to the direction perpendicular to the base layer surface)
Beam current: 300 mA
Beam voltage: DC1500V
Acceleration voltage: -200V
Target: Au
Deposition thickness: 50 nm
[0061]
Next, in the resin coating process of FIG. 24, CIR701 manufactured by JSR Corporation was applied by spin coating so as to have a film thickness of 2 μm to form the organic resin layer 114. As described above, CIR 701 is a rubber-based negative resist and contains cyclized polyisoprene, 4-nitrodiphenylamine, and xylene.
[0062]
Next, in the exposure process (photocrosslinking step) shown in FIG. 25, the entire surface of the organic resin layer 114 was exposed using PLA-501 (broad band) manufactured by Canon Inc. as an exposure apparatus. Dose for the entire exposure is 500 mJ / cm2It was. Prior to exposure, a pre-bake treatment at 110 ° C. for 180 seconds was performed.
[0063]
Next, in the organic resin peeling step shown in FIG. 26, the whole was immersed in an N-methylpyrrolidone solution at 50 ° C. for 1 hour and rocked. As a result, the crosslinked organic resin layer 114 and the mask 110 were dissolved and removed, and as shown in FIG. 26, patterned thin films 30, 21, and 22 without “burrs” were obtained.
[0064]
When the patterned thin film 30 of FIG. 26 is observed by CD-SEM S7800 manufactured by Hitachi, Ltd., a pattern formed of an Au pattern having no “burrs” outside the patterned thin film 30 having a 0.2 μm-wide NiFe isolated pattern. It was confirmed that the chemical thin films 21 and 22 were obtained. In the case of the comparative example (conventional example) that does not have the steps of FIGS. 25 and 26, the yield decreased to about 70% due to burrs.
[0065]
4). Specific application examples
Next, as a specific example of a microdevice manufacturing method to which the above-described patterned thin film forming method is applied, a thin film magnetic head manufacturing method, particularly a reproducing head using a giant magnetoresistive element (hereinafter referred to as a GMR element) is used. A case of manufacturing a thin film magnetic head including the above will be described as an example. Examples of GMR elements include spin valve films (hereinafter referred to as SV films) and ferromagnetic tunnel junction elements (hereinafter referred to as TMR elements).
[0066]
27 is an enlarged sectional view showing one of the thin film magnetic head elements as seen on the wafer, and FIG. 28 is an enlarged side sectional view taken along line 28-28 in FIG.
[0067]
The illustrated thin film magnetic head element includes a reproducing head and a recording head (inductive electromagnetic transducer), which are made of Altic (Al2O3It is mounted on a substrate 5 made of a ceramic material such as -TiC). The substrate 5 constitutes a slider base. On the substrate 5, alumina (Al2O3An insulating layer 501 made of an insulating material such as) is formed to a thickness of 1 to 5 μm, for example. The lower shield layer 28 is made of a magnetic material such as permalloy (NiFe), and is formed on the insulating layer 501 to have a thickness of about 3 μm, for example, by sputtering or plating.
[0068]
The read head has a GMR element 30, a lower shield layer 28, and an upper shield layer (lower magnetic pole layer) 41. The lower shield layer 28 and the upper shield layer 41 are disposed so as to face each other with the GMR element 30 interposed therebetween.
[0069]
A lower shield gap layer 230 is provided on the lower shield layer 28. The lower shield gap layer 230 is made of an insulating material such as alumina, and is formed to a thickness (minimum thickness) of, for example, 10 to 200 nm by sputtering or the like. On the lower shield gap layer 230, the GMR element 30 and the (electrode / magnetic domain control films) 21 and 22 are each formed to a thickness of, for example, several tens of nm. Insulating layers 231 and 232 made of an insulating material such as alumina are provided between the (electrode / magnetic domain control films) 21 and 22 and the lower shield gap layer 230.
[0070]
The GMR element 30 and the (electrode / magnetic domain control film) 21 and 22 are covered with an upper shield gap layer 240. The upper shield gap layer 240 is made of an insulating material such as alumina, and is formed to a thickness (minimum thickness) of, for example, 10 to 200 nm by sputtering or the like.
[0071]
The recording head 4 includes a lower magnetic pole layer 41 serving as an upper shield layer, an upper magnetic pole layer 45, a recording gap layer 42, a thin film coil 43, and the like. The lower magnetic pole layer 41 and the upper magnetic pole layer 45 are magnetically coupled to each other.
[0072]
The lower magnetic pole layer 41 is formed on the upper shield gap layer 240 in a portion facing the GMR element 30, and is supported by insulating layers 241 and 242 on both sides of the facing portion. The recording gap layer 42 is provided between the magnetic pole portion of the lower magnetic pole layer 41 and the magnetic pole portion of the upper magnetic pole layer 45. The thin film coil 43 is disposed in an insulated state inside an insulating film 48 that fills an inner gap existing between the lower magnetic pole layer 41 and the upper magnetic pole layer 45. The recording head 4 is covered with a protective film 49 such as alumina.
[0073]
Next, a process for forming the GMR element 30 by using the patterned thin film forming method according to the present invention for the above-described thin film magnetic head will be described with reference to FIGS. The GMR element 30 of the embodiment is an SV film.
[0074]
First, as shown in FIG. 29, an insulating layer 501, a lower shield layer 28, a lower shield gap layer 230, insulating layers 231, 232, and the like are formed on a substrate 5 by application of a known technique.
[0075]
Next, as shown in FIG. 30, a patterning layer 300 to be a GMR element is formed on the lower shield gap layer 230 and the insulating layers 231 and 232. In the figure, the layer to be patterned 300 is a single layer display, but an actual SV film has a multilayer structure.
[0076]
Next, as shown in FIG. 31, a lower resist layer 111 is formed on the layer to be patterned 300. The lower resist layer 111 is made of a resist material having basic characteristics as described above, specifically, PMGI or the like.
[0077]
Next, as shown in FIG. 32, an upper resist layer 112 is formed on the lower resist layer 111. Specific examples of the upper resist layer 112 are as already described.
[0078]
Next, as shown in FIG. 33, the upper resist layer 112 is exposed through a mask 105 to form a latent image having a predetermined pattern on the upper resist layer 112. The mask 105 is aligned so that the latent image is formed at the position of the GMR element.
[0079]
Next, the exposed upper resist layer 112 is developed with a developer, and a part of the lower resist layer 111 is dissolved. After the development, the lower resist layer 111 and the upper resist layer 112 are washed with water and dried.
[0080]
As a result, as shown in FIG. 34, a resist mask 110 composed of laminated resist patterns 111 and 112 with undercuts is formed.
[0081]
Next, as shown in FIGS. 34 and 35, the layer 300 to be patterned is selectively etched by dry etching such as ion milling to form the GMR element 30. In the etching process, when the film to be patterned 300 is dry-etched, fine particles generated from the film to be patterned 300 are reattached to the side surface of the resist mask 110 and the like, and a reattachment film 113 is formed as shown in FIG. The The reattachment film 113 is usually connected to and coupled to the patterned thin film 30 present at the bottom of the resist mask 110.
[0082]
Next, as shown in FIG. 36, the patterned thin films 21 and 22 are formed by performing a thin film forming process such as sputtering or CVD while leaving the resist mask 110 on the patterned thin film 30. . The patterned thin films 21 and 22 include a pair of electrode layers electrically connected to the GMR element 30 and a magnetic domain control film. The adhesion film 23 adheres to the resist mask 110.
[0083]
Conventionally, the resist mask 110 is peeled off from the patterned thin film 30 by performing a lift-off method after the process shown in FIG. The adhesion film 113 and the adhesion film 23 were forcibly separated at the portion where the adhesion film 23 and the surrounding patterned thin films 21 and 22 were in close contact with each other, resulting in “burrs”.
[0084]
In order to solve this problem, in the present invention, as shown in FIG. 37, an organic resin layer 114 containing a photocrosslinking agent is applied to cover the resist mask 110, the adhesion film 23, and the patterned thin films 21, 22. Next, the organic resin layer 114 is crosslinked. When a negative resist is used as the organic resin layer 114, the entire surface is exposed and crosslinked as shown in FIG. The organic resin layer 114 captures the resist mask 110 and the attached film 23 attached to the periphery thereof by the cross-linking.
[0085]
As described above, after the resist mask 110 and the adhesion film 23 are captured by the crosslinked organic resin layer 114, the whole is immersed and swung in an organic solvent, so that the organic resin layer 114 is combined with the resist mask 110. Dissolve. Instead of immersion rocking in an organic solvent, ultrasonic waves may be irradiated.
[0086]
In this way, by removing the organic resin layer 114 and the resist mask 110, as shown in FIG. 39, the resist mask 110 is removed without generating “burrs”, and the patterned thin film 21 without “burrs” is formed. , 22 can be obtained. As described above, the patterned thin films 21 and 22 become (electrode / magnetic domain control film).
[0087]
Thereafter, a manufacturing process for the recording head is further performed. The manufacturing process of the recording head is well known.
[0088]
The process conditions shown in the examples of the combination method are applied to the specific process. Although not shown or described, the present invention is a thin film magnetic element having a CPP-GMR (Current Perpendicular to a Plane of a Giant Magnetoresistance) element or a TMR element that allows a current to flow perpendicularly to the film surface with respect to the SV film. Obviously, it can also be applied to the manufacture of the head with some process modifications.
[0089]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the present invention can also be applied to a method of manufacturing a micro device other than a thin film magnetic head, such as a semiconductor device, a sensor or an actuator using a thin film.
[0090]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided a patterned thin film forming method and a microdevice manufacturing method capable of reliably removing a resist mask without causing “burrs” or the like in the step of removing the resist mask or the like. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one process included in a patterned thin film forming method and a microdevice manufacturing method according to the present invention by a lift-off method.
2 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 2. FIG.
4 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 3. FIG.
5 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 4. FIG.
6 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 5. FIG.
7 is a view showing an entire exposure process which is a process after the process shown in FIG. 6; FIG.
8 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 7. FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing one step included in the patterned thin film forming method and the microdevice manufacturing method according to the present invention by dry etching.
10 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 9. FIG.
11 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 10. FIG.
12 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 11. FIG.
13 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 12. FIG.
14 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 13. FIG.
15 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 14. FIG.
16 is a diagram showing an overall exposure process which is a process after the process shown in FIG. 15;
FIG. 17 is a diagram showing a step after the step shown in FIG.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing one process included in a patterned thin film forming method and a microdevice manufacturing method according to the present invention using a lift-off method and a dry etching method in combination.
19 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 18. FIG.
20 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 19. FIG.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 20.
22 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 21. FIG.
23 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 22. FIG.
24 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 23. FIG.
FIG. 25 is a diagram showing a whole surface exposure process which is a process after the process shown in FIG. 24;
26 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 25. FIG.
FIG. 27 is a cross-sectional view of a thin film magnetic head element to which a patterned thin film forming method and a microdevice manufacturing method according to the present invention are applied.
28 is an enlarged side cross-sectional view taken along line 28-28 in FIG. 27. FIG.
29 is a cross-sectional view showing a step in the process of manufacturing the GMR element included in the thin film magnetic head element shown in FIGS. 27 and 28. FIG.
30 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 29. FIG.
31 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 30. FIG.
32 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 31. FIG.
33 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 32. FIG.
34 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 33. FIG.
35 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 34. FIG.
36 is a diagram showing a step after the step shown in FIG. 35. FIG.
FIG. 37 is a diagram showing a step after the step shown in FIG. 36.
38 is a view showing an overall exposure process which is a process after the process shown in FIG. 37;
FIG. 39 is a diagram showing a step after the step shown in FIG. 38.
[Explanation of symbols]
101 base layer
107 Organic resin layer
110 resist mask
111 Lower resist pattern
112 Upper resist pattern
300 Patterned layer

Claims (6)

基層上にパターン化薄膜を形成する方法であって、
前記基層上に、レジストマスクを用いてパターン化薄膜を形成し、
次に、光架橋剤を含有する有機樹脂を塗布して、前記レジストマスク及び前記パターン化薄膜を覆う有機樹脂層を形成し、
次に、前記有機樹脂層に光を照射して、前記有機樹脂層を架橋させ、
その後に、全体を有機溶剤中に浸漬して揺動させ、または超音波を照射して、前記有機樹脂層を、前記有機溶剤中で前記レジストマスクと共に溶解させる、
工程を含むパターン化薄膜形成方法。A method of forming a patterned thin film on a base layer,
A patterned thin film is formed on the base layer using a resist mask,
Next, an organic resin containing a photocrosslinking agent is applied to form an organic resin layer that covers the resist mask and the patterned thin film,
Next, the organic resin layer is irradiated with light to crosslink the organic resin layer,
Thereafter, the whole is immersed in an organic solvent and shaken, or is irradiated with ultrasonic waves to dissolve the organic resin layer together with the resist mask in the organic solvent.
A patterned thin film forming method including a process. 請求項１に記載された方法であって、
前記レジストマスクは、下層レジスト層と、上層レジスト層とを含んでおり、前記上層レジスト層は、前記下層レジスト層の平面積よりも大きい平面積を有する
パターン化薄膜形成方法。The method of claim 1, comprising:
The resist mask includes a lower resist layer and an upper resist layer, and the upper resist layer has a planar area larger than a planar area of the lower resist layer. 請求項１または２に記載されたパターン化薄膜形成方法であって、リフトオフ法、ドライエッチング法または両者の併用の何れかの工程を含むパターン化薄膜形成方法。The patterned thin film forming method according to claim 1, wherein the method includes a lift-off method, a dry etching method, or a combination of both. パターン化薄膜を含むマイクロデバイスの製造方法であって、前記パターン化薄膜を、請求項１乃至３の何れかに記載されたパターン化薄膜形成方法によって形成する工程を含むマイクロデバイスの製造方法。A method for manufacturing a microdevice including a patterned thin film, the method comprising: forming the patterned thin film by the method for forming a patterned thin film according to any one of claims 1 to 3. 請求項４に記載されたマイクロデバイスの製造方法であって、前記マイクロデバイスは薄膜磁気ヘッドであるマイクロデバイスの製造方法。5. The method of manufacturing a micro device according to claim 4, wherein the micro device is a thin film magnetic head. 請求項４または５に記載されたマイクロデバイスの製造方法であって、前記パターン化薄膜は磁気抵抗効果素子であるマイクロデバイスの製造方法。6. The method of manufacturing a micro device according to claim 4, wherein the patterned thin film is a magnetoresistive element.
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